基于UG的焊缝建模和有限元分析技术.pdfVIP

学兔兔 第6期 (总第 169期) 机 械 工 程 与 自动 化 No．6 2011年 12月 MECHANICAL ENGINEERING AUT0MATI()N DecI 文章编号：1672—6413(2011)06—0004—03 ， 基于UG的焊缝建模和有限元分析技术 王 琦 ，苑成城 ，刘混举。 (1．大同煤矿集团公司，山西 大同 037003；2．太原理工大学机械_T-程学院，山西 太原 030024) 摘要：利用UG的焊接助理模块和高级仿真模块实现了焊缝的实体建模和有限元分析过程。考虑到焊缝结构 尺寸对焊缝强度的影响，提出了从结构角度出发建立焊缝的有限元模型，利用UGNX4的刚性杆单元模拟 焊缝的焊接。并比较 了3种尺寸类型的焊缝在两种工况下的应力情况。结果表明，UGNX4的刚性杆单元可 以真实地模拟焊缝的焊接 ；坡 口夹角对焊缝强度影响较大，有无钝边对焊缝强度影响较小。 关键词 ：焊缝建模 ；刚性杆单元 ；UG；有限元 中图分类号：TG441．3：TP31 文献标识码 ：A 0 引言 3mm，即焊缝根部间隙。对焊缝实体建模 ，在焊接 目前在工程生产上，焊接是最主要的连接方式， 助理中选择对接焊缝，坡 口类型选择V型焊缝，焊 国内焊接结构的重量 已占钢铁总产量 的5O％以上， 缝上表面为平齐的轮廓，选取焊缝与平板上表面的两 然而焊接结构经常发生断裂事故，其 中有一部分是 由 个重合边为起始边和终结边 ，焊缝边界离起点和终点 于焊缝位置应力过大引起 ，所以合理地进行应力分析 的位置都为0，采用连续焊接方式，焊接过程不设置 是提高焊接件可靠度的必要条件 ，因此本文提出了利 衬垫和定位片，最后生成的6O。坡 口夹角带钝边 V 型 用UG的焊接助理模块和高级仿真模块实现焊缝建模 焊缝实体模型[1见图2。 和有限元分析。 1 平板的焊缝建模 将 100mm×150mm×30mm 的两块相 同的平 板焊接在一起，采用对接焊接，坡 口选用 V形焊缝， 焊缝凹陷深度为 27mlTl，根部间隙为 3mm。为便于 对比，按照美国焊接学会标准 (AWS)建立 3种尺 图 2 60坡 口夹角带钝边 V型焊缝的实体模型 寸的焊缝模型：4O。坡 口夹角无钝边的V型焊缝、6O。 2 基于 UG的焊缝有限元分析过程 坡 口夹角无钝边的V 型焊缝和 6O。坡 口夹角带钝边 焊接件的结构强度分析是在 UG高级仿真模块环 (钝边高 3ram)的V型焊缝 ，如图 1所示。 境下进行的，该过程主要包括添加材料、网格划分、 设置焊接模拟单元、设置载荷和约束条件及求解。本 文对焊缝的应力分析只考虑焊缝的坡 口夹角和有无钝 边对应力结果的影响，假设焊缝不存在任何缺陷[2]。 2．1 添加材料与网格划分 (a)40。坡口夹角无钝边 (b)60。坡口夹角无钝边 (c)60。坡口夹角带钝边 焊接构件母体材料均选用 27SiMn，焊缝